JP3140235B2 - 超音波モータ駆動回路 - Google Patents
超音波モータ駆動回路Info
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Description
路、詳しくは、超音波モータの最適駆動を行う超音波モ
ータ駆動回路に関する。
電極の出力信号(モニタ信号)と印加している交流駆動
信号との位相差を検出して駆動周波数を最適化する技術
手段は種々知られており、たとえば、特開昭61−25
1490号公報には、上記モニタ信号の、駆動電圧に対
する位相が共振周波数付近で大きく変化することを利用
して、該モニタ信号の位相をモニタし、その位相にもと
づいて共振周波数、または、該共振周波数よりもやや高
周波の領域で超音波モータを駆動する技術手段が開示さ
れている。
タすることによる最適駆動周波数の追尾方法が提案され
ていて、たとえば、特開平1−234073号公報に
は、誘導性素子をスイッチングするスイッチングパルス
のパルス幅を変化させて回転速度を制御する技術手段が
開示されている。
1−234073号公報に開示された技術手段では、回
転速度の制御等を行う際にスイッチングパルスのパルス
幅を変化させるため、超音波モータの振動状態が過渡的
に不安定となり、検出する該超音波モータのモニタ信号
が振動したり、あるいは一時的に大きく変化する場合が
ある。したがって、スイッチングパルス幅を変化させな
がらモニタ信号による最適駆動周波数の追尾を行うと、
該駆動周波数が必要以上に変化したり不安定な変化を繰
り返すことになる。これにより、超音波モータの出力が
急激に低下し該モータが停止する虞もある。また、最適
駆動周波数の追尾を行う際に不要振動や異音を発すると
いう問題点も生じる。
のであり、スイッチングパルス幅を変化させた際、最適
駆動周波数の追尾機構の誤動作等を防止する超音波モー
タ駆動回路を提供することを目的とする。
めに本発明による超音波モータ駆動回路は、コイルに流
れる電流をスイッチング素子によりスイッチングする際
に発生する誘導起電力に基づいて交流信号を発生し、該
交流信号を超音波モータの電気−機械エネルギー変換素
子に印加することにより超音波モータを駆動する、超音
波モータ駆動回路において、上記超音波モータの駆動状
態を検出するモニタ手段と、このモニタ手段の出力に基
づいて上記交流信号の周波数を制御する周波数制御手段
と、上記コイルを制御するスイッチングパルスのパルス
幅を制御することで上記超音波モータの駆動速度を可変
するパルス幅制御手段と、上記スイッチングパルスのパ
ルス幅が変動している際には、上記周波数制御手段の動
作を禁止する周波数変化禁止手段と、を具備したことを
特徴とする。
する。
モータ駆動回路の電気回路図である。
は、2つの駆動電極7A,7Bおよびモニタ電極7Mを
有する公知の超音波モータ7に所定の2相交流信号を印
加し、さらに上記モニタ電極7Mからのモニタ信号をモ
ニタして該超音波モータ7の駆動制御を行うものであ
る。
御を行うと共に後述する周波数変化禁止手段1およびパ
ルス幅変更指示手段2とを有するCPU11と、超音波
モータ7に印加する交流信号の約4倍の周波数を有する
パルス信号φORGを生成並びに出力する発振回路3
と、該発振回路3から出力された上記パルス信号φOR
Gのパルス幅を規定してパルス信号φUSRとして出力
するパルス幅設定回路4と、該パルス幅設定回路4から
出力された上記パルス信号φUSRを4相のパルス信号
φ1〜φ4に分周して出力するパルス変換回路5と、該
パルス変換回路5から出力される上記パルス信号φ1〜
φ4にそれぞれ対応してスイッチング動作を行うスイッ
チングトランジスタQ1〜Q4と、1次側の中間タップ
にDC電源10のプラス電圧が供給され、上記スイッチ
ングトランジスタQ1およびQ2のスイッチング動作に
よって1次側がオンし、これに伴い2次側にA相の交流
信号VAを出力するトランスT1と、同じく上記スイッ
チングトランジスタQ3およびQ4のスイッチング動作
によって1次側がオンし、2次側にB相の交流信号VB
を出力するトランスT2と、上記超音波モータ7のモニ
タ電極7Mからのモニタ信号を所定のディジタル信号に
変換する波形整形回路9と、該波形整形回路9のディジ
タル出力信号と上記パルス変換回路5からの1出力であ
るパルス信号φ2とを入力し、該2つの信号の位相を比
較してカウントし、この結果、すなわち、該2つの信号
の位相の位相差を上記発振回路3に送出する位相差カウ
ンタ8と、上記超音波モータ7の回転を検出して所定パ
ルスを生成し、上記CPU11内のパルス幅変更指示手
段2に送出する回転エンコーダ6とで主要部が構成され
ている。
公知の進行波型超音波モータであり、上述したように2
つの駆動用の電極7A,7Bを備えている。すなわち、
該電極7A,7Bには、互いに位相が約90°ずれた上
記2相(A相,B相)の交流信号VA,VBが印加され
るようになっており、この2相の交流信号によって回転
駆動がなされるようになっている。また、該超音波モー
タ7はモニタ電極7Mを有しており、このモニタ電極7
Mからの出力信号(モニタ信号)VMは上述したように
波形整形回路9に入力されるようになっている。
パルス幅設定回路4およびパルス変換回路5の構成を示
した電気回路図である。なお、上記発振回路3およびパ
ルス幅設定回路4は上記CPU11内において構成され
ている。
所定出力をラッチするラッチ31と、発振子33からの
クッロクを受け、上記ラッチ31出力に基づいて超音波
モータ7に印加する交流信号の約4倍の周波数を有する
パルス信号φORGを生成・出力するダウンカウンタ3
2とで構成される。このダウンカウンタ32の出力は図
4のタイミングチャートに示すようにパルス幅P32=
1/4f(fは超音波モータ7に印加する交流信号の周
波数)を有するパルス波形となっている。
PU11内において所定出力をラッチするラッチ41
と、上記発振子33からのクッロクを受け、上記ラッチ
41出力に基づいて上記ダウンカウンタ32の出力、す
なわち、パルス信号φORGのパルス幅を制限する信号
を出力するダウンカウンタ42と、上記パルス信号φO
RGと該ダウンカウンタ42からの出力信号とによりパ
ルス幅(図4のパルス幅P42参照)の設定されたパル
ス信号φUSR(図4参照)を出力するR−Sフリップ
フロップ43とで構成される。
Dフリップフロップ51で構成される4ビットシフトレ
ジスタを有し、上記R−Sフリップフロップ43からの
出力信号、パルス信号φUSRを4相のパルス信号φ1
〜φ4に分周して(図4参照)、それぞれスイッチング
トランジスタQ1〜Q4に対して出力するようになって
いる。
ンタ8および波形整形回路9を示した電気回路図であ
る。
95とクランプダイオード92,93およびヒステリシ
スを有したインバータ91とで構成されている。そし
て、上記抵抗94の入力端は上記超音波モータ7に設置
された振動状態検出用の上記モニタ電極7Mに接続して
おり、これにより該超音波モータ7のからのモニタ信号
VMが該波形整形回路9に入力するようになっている。
そして、この波形整形回路9に入力されたモニタ信号V
M(図4参照)は、減圧用抵抗94,95によって減圧
されたのち、クランプダイオード92,93によって整
流され、さらにインバータ91によってディジタル信号
に整形されて(図4参照)位相差カウンタ8に対して出
力されるようになっている。
路9からの出力信号、すなわち、波形整形されたモニタ
信号VMと、上記パルス変換回路5からの1出力である
パルス信号φ2との位相差を検出するR−Sフリップフ
ロップ81と、上記発振子33からのクロックを受け、
上記R−Sフリップフロップ81からの出力、すなわ
ち、上記モニタ信号VMとパルス信号φ2との位相差を
カウントしてCPU11内の発振回路3に対して出力す
るアップカウンタ82とで構成されている。
の回転状態を検出して所定パルスを出力するもので、た
とえば、公知のフォトインタラプタやMRセンサ等によ
り構成できる。そして、該回転エンコーダ6の出力は上
記CPU11内のパルス幅変更指示手段2に送出される
ようになっている。
変更指示手段2は、上述したようにCPU11内に形成
されている。このパルス幅変更指示手段2には、上記回
転エンコーダ6からの出力、すなわち、超音波モータ7
の回転状態の情報が入力され、動作時にはパルス幅設定
回路4と周波数変化禁止手段1に変更後のパルス幅の値
および動作信号を出力するようになっている。
路の動作を図5に示すフローチャートを参照して説明す
る。
1)、初期駆動周波数fs、初期パルス幅Wn、駆動す
べきパルス数を設定する(ステップS2)。次に駆動を
開始し(ステップS3)、回転エンコーダ6からのパル
ス信号が入力されるまで待機する(ステップS4)。こ
のステップS4で上記回転エンコーダ6からの所定パル
ス信号が入力されると該パルス数をカウントダウンする
(ステップS5)。一方、該回転エンコーダ6からのパ
ルス信号が入力されない場合は、位相差カウンタ8を読
み出し(ステップS7)、最適駆動周波数に対応する値
と比較して該周波数を増減する(ステップS9,ステッ
プS8)。
ントダウン後は、停止位置から所定パルス数手前の減速
領域に達したか否かを判定し(ステップS6)、該減速
領域に達していなければ上記ステップS4に戻る。
コーダ6からのパルス数を検出し(ステップS11)、
駆動パルス数をカウントダウンして駆動残パルス数がゼ
ロになれば超音波モータ7を停止する(ステップS1
3,ステップS17)。
ス数がゼロでない場合は、パルスの時間間隔を測る等で
検出した回転速度を、目的速度と比較し(ステップS1
4)、パルス幅を増減させる(ステップS15,ステッ
プS16)。この目的速度は通電を停止すれば超音波モ
ータ7が1パルス以下のオーバーランで停止するもので
ある。なお、駆動周波数とスイッチングパルス幅の変化
の状態を図6に示す。
テップS11に入ることにより駆動周波数追尾のループ
を通らなくなるため、駆動周波数の変化が禁止され、パ
ルス幅を変化させても最適駆動周波数の追尾機構の誤動
作により超音波モータが停止してしまったり、振動や異
音を発することがない。また、停止時に減速するため、
駆動すべきパルス数を正確に駆動できる。
幅変更指示手段2,発振回路3,パルス幅設定回路4は
共にCPU11内に形成することができるため、駆動回
路の簡略化および小型化が可能である。
駆動回路について説明する。
1実施例と同様であり、CPU11の制御動作のみを異
にしているので、該動作のみを図7に示すフローチャー
トを参照して説明し、その他の説明は省略する。なお、
本第2実施例は、一定速制御を行うものである。
の設定を行い(ステップS22)、駆動を開始する(ス
テップS23)。次にモニタ信号位相により最適駆動周
波数を追尾する(ステップS24〜ステップS27)
が、ループを1回まわる毎に回数をカウントし(ステッ
プS28)、所定回に達すると(ステップS29)、ス
テップS30にすすむ。つまりここで駆動周波数は固定
される。
るか否かを判断し(ステップS30)、停止信号が入力
されていれば超音波モータ7を停止する(ステップS3
5)。停止信号が入力されていなければ回転エンコーダ
6からのパルス信号より回転速度を検出し(ステップS
31)、該回転速度と目的速度と比較してスイッチング
パルス幅を増減する(ステップS33,ステップS3
4)。
を決めてから周波数を固定し、スイッチングパルス幅で
速度を制御するため、確実に起動し、かつ停止や異音、
振動等がなく超音波モータを必要な速度に保って駆動が
できる。尚、ステップS39の判断は、回数でなく、タ
イマ・カウンタ等の時間や、回転エンコーダからのパル
ス数で判断してもよい。
O等他の方式でもよく、また、パルス幅変更指示手段2
および周波数変化禁止手段1はCPU11内にて形成し
なくとも、論理回路等で構成してもよい。さらに、駆動
周波数の最適化に用いるモニタ信号は、電流と電圧の位
相差その他の方式でもよい。また速度制御時は一定速で
なく、可変速でも目的速度を設定変更していく等の方法
でも可能である。
イッチングパルス幅を変化させた際、最適駆動周波数の
追尾機構の誤動作等を防止する超音波モータ駆動回路を
提供できる。
路の電気回路図である。
る発振回路,パルス幅設定回路およびパルス変換回路の
構成を示した電気回路図である。
る位相差カウンタおよび波形整形回路を示した電気回路
図である。
における信号波形を示したタイミングチャートである。
を示すフローチャートである。
る駆動周波数とスイッチングパルス幅の変化の様子を示
した線図である。
動作を示すフローチャートである。
Claims (1)
- 【請求項1】コイルに流れる電流をスイッチング素子に
よりスイッチングする際に発生する誘導起電力に基づい
て交流信号を発生し、該交流信号を超音波モータの電気
−機械エネルギー変換素子に印加することにより超音波
モータを駆動する、超音波モータ駆動回路において、 上記超音波モータの駆動状態を検出するモニタ手段と、 このモニタ手段の出力に基づいて上記交流信号の周波数
を制御する周波数制御手段と、上記コイルを制御する スイッチングパルスのパルス幅を
制御することで上記超音波モータの駆動速度を可変する
パルス幅制御手段と、 上記スイッチングパルスのパルス幅が変動している際に
は、上記周波数制御手段の動作を禁止する周波数変化禁
止手段と、 を具備したことを特徴とする超音波モータ駆動回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05021508A JP3140235B2 (ja) | 1993-02-09 | 1993-02-09 | 超音波モータ駆動回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05021508A JP3140235B2 (ja) | 1993-02-09 | 1993-02-09 | 超音波モータ駆動回路 |
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JP3140235B2 true JP3140235B2 (ja) | 2001-03-05 |
Family
ID=12056915
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP05021508A Expired - Fee Related JP3140235B2 (ja) | 1993-02-09 | 1993-02-09 | 超音波モータ駆動回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3140235B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
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---|---|---|---|---|
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-
1993
- 1993-02-09 JP JP05021508A patent/JP3140235B2/ja not_active Expired - Fee Related
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